(57)【要約】【課題】超音波を利用したバイオ結合検出装置及びその方法を提供する。【解決手段】バイオ結合検出装置は、超音波を発生する発生部と、発生部から発生された超音波により振動し超音波の特性を変化させる変換部と、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子と、変換部の上部から所定距離だけ離間して形成される金属板と、プローブバイオ分子と試料とのバイオ結合の有無により、変換部と金属板との距離変化に応じるキャパシタンスの変化を測定する分析部とを含む。【選択図】      図５Ａ
2006189447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発生する発生部と、
前記発生部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記発生部から発生された超音波により振動し前記超音波の特性を変化させる変換部と、
前記変換部上に形成され、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子と、
前記変換部の上部から所定距離だけ離間して形成される金属板と、
前記プローブバイオ分子と前記試料とのバイオ結合の有無による、前記変換部と前記金属板との距離変化に応じるキャパシタンスの変化を測定する分析部と、
を含むことを特徴とする超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項２】
前記発生部は、磁気変形発振器、水晶発振器及び半導体を用いた超音波発振器のうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項３】
前記変換部は、前記超音波により振動するメンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）、振動板（ｖｉｂｒａｔｏｒ）及び超高域のノイズを除去するソニックフィルタ（ｓｏｎｉｃ  ｆｉｌｔｅｒ）のうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項４】
前記分析部は、前記キャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター及び前記キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターのうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項５】
超音波を発生する発生部と、
前記発生部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記発生部から発生された超音波により振動し前記超音波の特性を変化させる変換部と、
前記変換部上に形成され、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子と、
前記変換部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記プローブバイオ分子と前記試料とのバイオ結合前後の超音波信号の特性変化を分析する受信部と、
を含むことを特徴とする超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項６】
前記発生部は、磁気変形発振器、水晶発振器及び半導体を用いた超音波発振器のうちいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項７】
前記変換部は、前記超音波により振動するメンブレイン、振動板及び超高域のノイズを除去するソニックフィルタのうちいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項８】
前記受信部は、前記変換部を通過した前記超音波の周波数、振幅、時間遅延、エネルギー、位相変化のうちいずれかを分析することを特徴とする請求項５に記載の超音波を利用したバイオ結合検出装置。
【請求項９】
超音波を発生する発生部と、前記発生部の上部に形成されプローブバイオ分子が形成された変換部と、前記変換部の上部に形成される金属板とを含むバイオ結合検出装置を利用した検出方法において、
前記プローブバイオ分子が形成された前記変換部に超音波を透過させるステップと、
前記発生部から発生された超音波により振動し、前記超音波の特性を変化させる前記変換部と前記金属板とのキャパシタンスを測定するステップと、
前記プローブバイオ分子と分析する試料とをバイオ結合させるステップと、
前記バイオ結合後の前記変換部の振動変化により変化する前記金属板と前記変換部との距離変化に応じるキャパシタンスの変化を測定して前記バイオ結合の有無を検出するステップと、
を含むことを特徴とする超音波を利用したバイオ結合検出方法。
【請求項１０】
前記バイオ結合の有無を検出するステップは、
前記キャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター及び前記キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターのうちいずれかを用いて前記キャパシタンスの変化を測定することを特徴とする請求項９に記載の超音波を利用したバイオ結合検出方法。
【請求項１１】
超音波を発生する発生部と、前記発生部の上部に形成されプローブバイオ分子が形成された変換部と、前記変換部の上部に形成される金属板とを含むバイオ結合検出装置を利用した検出方法において、
分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子が形成された変換部に超音波を透過させるステップと、
前記変換部を通過した超音波信号の特性を分析するステップと、
前記プローブバイオ分子と前記分析する試料とをバイオ結合させるステップと、
前記バイオ結合後に前記変換部を通過した前記超音波信号の特性を分析し、前記超音波信号の特性変化により前記バイオ結合の有無を検出するステップと、
を含むことを特徴とする超音波を利用したバイオ結合検出方法。
【請求項１２】
前記超音波信号の特性は、前記変換部を通過した前記超音波の周波数、振幅、位相、時間遅延、エネルギーのうちいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の超音波を利用したバイオ結合検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用したバイオ結合検出装置及びその方法に係り、特に、超音波により振動しバイオ分子（ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）が形成される変換部がバイオ結合によって振動が変化することを測定してバイオ結合の有無を検出する超音波を利用したバイオ結合検出装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオチップとは、ガラス、シリコン、またはナイロンなどの材質から構成された小さい固形の基板上に、その序列が知られたＤＮＡ、ＤＮＡ欠片、ＲＮＡなどのバイオ分子を数百個から数十万個まで一定間隔で配列し付着することで、遺伝子の発現方式、分布様相及び突然変異などを分析できる生物学的マイクロチップを言う。バイオチップ技術は、狭義では遺伝子分析の先端技術として認められているＤＮＡマイクロアレイ技術を指しているが、広義では生体物質と既存の物理、化学、及び光変換機とを組み合せたバイオセンサー（ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ）、ＤＮＡ探針の内蔵されたＤＮＡマイクロアレイ、酵素や抗体抗原などのようなタンパク質が用いられたタンパク質チップ、植物細胞を用いたセルチップ（ｃｅｌｌ  ｃｈｉｐ）、神経細胞を直接用いたニューロンチップ（ｎｅｕｒｏｎ  ｃｈｉｐ）などを指す。
【０００３】
最近、このようなバイオチップにラボオンチップ（ＬＯＣ：Ｌａｂ−Ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ）の概念を導入して血液、尿、セル、針などのような実質的な生体試料や天然物、薬品、食品、医薬など多種類の試料を直接用いてチップ内で試料の前処理、誘導体化、分離、分析などの全ての実験室作業を１つのチップにまとめるＤＮＡ−ＬＯＣ及びタンパク質−ＬＯＣの開発が進行中である。このようなラボオンチップは生化学物質の分析時用いられる自動分析装置の試料前処理過程において必要なバルブ、液体量測定器、反応器、抽出機及び分離システムの機能とセンサー技術を１つのチップに集積したものである。
【０００４】
バイオチップ上には試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブ（ｐｒｏｂｅ）の役割を果たす物質をチップの表面に固定する。バイオチップに分析する試料を反応させると、試料に含有されている物質とバイオチップ表面に固定されたプローブとが互いに結合して混成化（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）状態をなし、これを検出／解析することで試料が含有している物質に関する情報を同時に得られる。
【０００５】
バイオチップと関連する技術として、プローブの付着及び固定技術、信号検出技術及び情報処理技術などがある。現在、使用されている信号検出方法は光学的バイオ結合検出法、化学的変化を利用したバイオ結合検出法、機械的変化を利用したバイオ結合検出法などがある。
図１Ａ〜１Ｃは従来の光学的バイオ結合検出方法を示す図である。
【０００６】
試料に蛍光物質を結合し、試料とプローブバイオ分子との結合反応後に蛍光検出機器でその結果を判読することで、光学的にプローブバイオ分子との結合有無を区別する方法である。しかし、この方法はプローブバイオ分子と試料バイオ分子との結合反応前、試料バイオ分子に蛍光物質を結合させる前処理反応を必要とするので、試料の損失や汚染が生じる恐れがある。また、プローブバイオ分子と試料バイオ分子との結合反応後これを判別するための光学判読計が複雑であり、高価の計測装備を必要とする。しかも、光学的検出法は小型化を図るのが困難であり、デジタル化した出力を見ることができないという問題がある。
【０００７】
図１Ａはプローブバイオ分子と蛍光物質の結合された試料バイオ分子とが結合したことを示し、図１Ｂは試料バイオ分子の中でプローブバイオ分子と結合していない試料バイオ分子がクリーニング（ｃｌｅａｎｉｎｇ）されることを示す。また、図１Ｃはバイオ結合したバイオ分子に光を照射し発光の光量を測定してバイオ結合の有無及び検出量を分析することを示す。
【０００８】
図２Ａ〜２Ｃは従来の機械的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。図２Ａはカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）を用いる場合、図２ＢはＳＡＷバイオセンサーを用いる場合、図２ＣはＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いる場合である。
カンチレバーを用いる方法はプローブバイオ分子と試料バイオ分子との結合前後の分子間の結合力を測定してバイオ結合の有無を検出する。しかし、この方法はカンチレバービーム（ｂｅａｍ）の屈折を極めて精密に測定しなければならないためレーザなどの付随的な装備が必要となる。
【０００９】
ＳＡＷバイオセンサーを用いる方法は特定周波数の信号を入力しＳＡＷフィルタ上に形成されたプローブバイオ分子と試料バイオ分子との反応によるＳＡＷフィルタのフィルタリングの変化を利用してバイオ結合の有無を検出する。
また、ＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いるバイオ結合検出方法はレーザ装備とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの付随的な装備を必要とする問題がある。
【００１０】
図３は従来の化学的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
同図に示すように、プローブバイオ分子と試料バイオ分子との結合が起こった電極上で他の化学物質の電気化学反応、すなわち、反応の度合いを利用してプローブバイオ分子の結合有無を検出する方法である。しかし、この方法は光学的バイオ結合検出法に比べて検出力が落ちる問題がある。
【００１１】
図４Ａ〜４Ｃは従来の電気的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂはトレンチ型キャパシタンス素子を用いる場合であり、図４Ｃは平面型のキャパシタンス素子を用いる場合である。
図４Ａ〜４Ｃに示すように、キャパシタンス素子の特性変化を利用する場合において小型キャパシタンス素子を形成するのに問題がある。キャパシタンスは断面積に比例し厚さに反比例するため、断面積を大きくするとともにバイオ処理が容易となるように設計することは困難である。図４Ａ及び図４Ｂのようなトレンチ型のキャパシタンスを用いたバイオ結合検出方法は、トレンチを深く形成して厚さを薄くし断面積を大きくする方法を利用したことで、実際には、ギャップが非常に小さくてバイオ処理を施すのに困難な問題がある。
【００１２】
図４Ｃのような平面でコーム（ｃｏｍｂ）状にキャパシタンス素子を形成したキャパシタを用いたバイオ結合検出方法は、金属膜の厚さが非常に薄くて少量のキャパシタンス素子が形成され、バイオ結合検出感度が良くないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記のような問題を鑑みてなされたものであって、その目的はバイオ分子の形成された変換部の下部で超音波を発生させ、変化部の振動変化を測定することでバイオ結合の有無を検出する超音波を利用したバイオ結合検出装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出装置は、超音波を発生する発生部と、前記発生部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記発生部から発生された超音波により振動し前記超音波の特性を変化させる変換部と、前記変換部上に形成され、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子と、前記変換部の上部から所定距離だけ離間して形成される金属板と、前記プローブバイオ分子と前記試料とのバイオ結合の有無による、前記変換部と前記金属板との距離変化に応じるキャパシタンスの変化を測定する分析部とを含む。
【００１５】
好ましくは、前記発生部は、磁気変形発振器、水晶発振器及び半導体を用いた超音波発振器のうちいずれかである。
より好ましくは、前記変換部は、前記超音波により振動するメンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）、振動板（ｖｉｂｒａｔｏｒ）及び超高域のノイズを除去するソニックフィルタ（ｓｏｎｉｃ  ｆｉｌｔｅｒ）のうちいずれかである。
【００１６】
好ましくは、前記分析部は、前記キャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター及び前記キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターのうちいずれかである。
本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出装置は、超音波を発生させる発生部と、前記発生部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記発生部から発生された超音波により振動し前記超音波の特性を変化させる変換部と、前記変換部上に形成され、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子と、前記変換部の上部から所定距離だけ離間して形成され、前記プローブバイオ分子と前記試料とのバイオ結合前後の超音波信号の特性変化を分析する受信部とを含む。
【００１７】
好ましくは、前記発生部は、磁気変形発振器、水晶発振器及び半導体を用いた超音波発振器のうちいずれかである。
より好ましくは、前記変換部は、前記超音波により振動するメンブレイン、振動板及び超高域のノイズを除去するソニックフィルタのうちいずれかである。
好ましくは、前記受信部は、前記変換部を通過した前記超音波の周波数、振幅、時間遅延、エネルギー、位相変化のうちいずれかを分析する。
【００１８】
一方、本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出方法は、超音波を発生する発生部と、前記発生部の上部に形成されプローブバイオ分子が形成された変換部と、前記変換部の上部に形成される金属板とを含むバイオ結合検出装置を利用した検出方法において、前記プローブバイオ分子が形成された前記変換部に超音波を透過させるステップと、前記発生部から発生された超音波により振動し、前記超音波の特性を変化させる前記変換部と前記金属板とのキャパシタンスを測定するステップと、前記プローブバイオ分子と分析する試料とをバイオ結合させるステップと、前記バイオ結合後の前記変換部の振動変化により変化する前記金属板と前記変換部との距離変化に応じるキャパシタンスの変化を測定して前記バイオ結合の有無を検出するステップとを含む。
【００１９】
好ましくは、前記バイオ結合の有無を検出するステップは、前記キャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター、及び前記キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターのうちいずれかを用いて前記キャパシタンスの変化を測定する。
本発明に係る他の超音波を利用したバイオ結合検出方法は、超音波を発生する発生部と、前記発生部の上部に形成されプローブバイオ分子が形成された変換部と、前記変換部の上部に形成される金属板とを含むバイオ結合検出装置を利用した検出方法において、分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子が形成された変換部に超音波を透過させるステップと、前記変換部を通過した超音波信号の特性を分析するステップと、前記プローブバイオ分子と前記分析する試料とをバイオ結合するステップと、前記バイオ結合後に前記変換部を通過した前記超音波信号の特性を分析し、前記超音波信号の特性変化により前記バイオ結合の有無を検出するステップとを含む。
【００２０】
ここで、前記超音波信号の特性は、前記変換部を通過した前記超音波の周波数、振幅、位相、時間遅延、そしてエネルギーのうちいずれかである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、超音波を利用してバイオ結合前後の超音波信号の特性変化及びキャパシタンスの変化を測定することで、容易にバイオ結合の有無を検出する。
また、本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出装置の製造及び構造が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付した図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
図５Ａ及び図５Ｂは本発明の実施形態による超音波を利用したバイオ結合検出装置を示す図である。図５Ａはバイオ結合前後のキャパシタンスの変化を利用する場合であり、図５Ｂはバイオ結合前後の超音波信号の特性変化を利用する場合である。
図５Ａに示すように、本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出装置は発生部１００、変換部２００、プローブバイオ分子３００、及び金属板４００を含む。
【００２４】
まず、発生部１００は約２万Ｈｚ以上の周波数を有する超音波を変換部２００に向けて発生する。このとき、発生部１００は半導体を用いた超音波発振器、金属が磁化する際の潰れる現象を利用した磁気変形発振器、高周波電圧を水晶板に加えて共振させる水晶発振器などを用いることができる。
変換部２００は発生部１００から発生された超音波により振動し、発生部１００から発生された超音波の特性を変化させる。また、変換部２００の上部には分析する試料に含まれた特定遺伝情報の探索を可能にするプローブバイオ分子３００が形成され、発生部１００の上部に所定間隔だけ離間して形成される。このとき、変換部２００は超音波により振動するメンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）、振動板（ｖｉｂｒａｔｏｒ）、超高域のノイズを除去するソニックフィルタ（ｓｏｎｉｃ  ｆｉｌｔｅｒ）などを用いることができる。
【００２５】
また、変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００と試料とが結合する場合、発生部１００から発生した超音波による変換部２００の振動は試料が結合していない場合とは異なる。これはプローブバイオ分子３００に結合した試料により変換部２００の質量が変わるため、変換部２００の振動運動も変わるものである。
金属板４００は変換部２００の上部に変換部２００から所定間隔だけ離間して形成される。変換部２００に形成されたプローブバイオ分子３００と試料とがバイオ結合することで、超音波により振動する変換部２００の振動運動は変化する。したがって、変換部２００と金属板４００との距離は相違になり、変換部２００と金属板４００との間のキャパシタンスも変わる。
【００２６】
したがって、バイオ結合の有無は金属板４００と変換部２００との距離変化によるキャパシタンス変化を測定することで検出することができる。金属板４００と変換部２００との間のキャパシタンスの変化は分析部（図示せず）で分析され、分析部（図示せず）はキャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター、キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターを用いることができる。
【００２７】
一方、図５Ｂに示すように、本発明に係る超音波を利用したバイオ結合検出装置は発生部１００、変換部２００、プローブバイオ分子３００、金属板４００及び受信部５００を含む。発生部１００、変換部２００、プローブバイオ分子３００及び金属板４００の動作は図５Ａに基づいて上述した通りである。
受信部５００は変換部２００を通過した超音波を受信し、受信した超音波信号の特性を分析する。すなわち、超音波の振幅、周波数、位相、エネルギー、時間遅延などを分析する。図５Ａに基づいて上述したように、変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００と試料とがバイオ結合する場合、変換部２００はプローブバイオ分子３００と結合する試料によって質量が増加する。したがって、質量の増加した変換部２００を通過した超音波信号の特性は、バイオ結合前のプローブバイオ分子３００のみ形成された変換部２００を通過した超音波の信号特性と異なる。すなわち、バイオ結合前後の変換部２００を通過した超音波信号の特性を比較することで、バイオ結合の有無を検出することができる。
【００２８】
図６Ａ〜６Ｃは図５Ａによるバイオ結合検出方法を示す図である。図６Ａはバイオ結合前のプローブバイオ分子３００が変換部２００の上部に形成された場合であり、図６Ｂはプローブバイオ分子３００と試料バイオ分子６００とがバイオ結合する場合である。また、図６Ｃはプローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００がクリーニングされた場合である。
【００２９】
図６Ａ〜６Ｃに示すように、発生部１００と金属板４００との間に形成される変換部２００の上部にプローブバイオ分子３００を形成させ、超音波を変換部２００に発生させた後、変換部２００と金属板４００との間のキャパシタンスを測定する。そして、分析する試料バイオ分子６００と変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００とをバイオ結合させた後、プローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００をクリーニングする。
【００３０】
プローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００をクリーニングした後、発生部１００から発生した超音波により振動する変換部２００と金属板４００との間のキャパシタンスを測定してキャパシタンスの変化有無によりバイオ結合の有無を検出する。
図７Ａ〜７Ｃは図５Ｂによるバイオ結合検出方法を示す図である。図７Ａはバイオ結合前のプローブバイオ分子３００が変換部２００の上部に形成された場合であり、図７Ｂはプローブバイオ分子３００と試料バイオ分子６００とがバイオ結合する場合である。また、図７Ｃはプローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００がクリーニングされた場合である。
【００３１】
図７Ａ〜７Ｃに示すように、発生部１００と金属板４００との間に形成される変換部２００の上部にプローブバイオ分子３００を形成した後、変換部２００を通過した超音波信号の特性を分析する。ここで、超音波信号の特性は超音波の周波数、振幅、エネルギー、位相、時間遅延などを用いることができる。
そして、変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００と分析する試料バイオ分子６００とを結合した後、プローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００をクリーニングする。それから、変換部２００を通過した超音波信号の特性を分析して超音波信号の特性変化の有無によりバイオ結合の有無を検出する。
【００３２】
図８は本発明の一実施形態によるバイオ結合検出方法を説明するためのフローチャートである。
同図に示すように、超音波により振動する変換部２００の上部にプローブバイオ分子３００を形成する（Ｓ８０１）。変換部２００は超音波により振動し、発生した超音波の特性を変化させる。このとき、変換部２００は、超音波により振動するメンブレイン、振動板、超高域のノイズを除去するソニックフィルタなどを用いることができる。
【００３３】
そして、変換部２００の上部に位置する金属板４００に変換部２００を通過した超音波を受信する受信部５００があるか否かを判断する（Ｓ８０３）。
受信部５００が存在していない場合、半導体を用いた超音波発振器、磁気変形発振器、水晶発振器などを利用して発生する超音波をプローブバイオ分子３００の形成された変換部２００に透過させた後、変換部２００と金属板４００との間のキャパシタンスを測定する（Ｓ８０５）。このとき、変換部２００と金属板４００との間のキャパシタンスの測定はキャパシタンスを電圧に変換するＣＶコンバーター、キャパシタンスを電流に変換するＣＩコンバーターなどを用いて測定することができる。
【００３４】
一方、受信部５００が存在している場合は、プローブバイオ分子３００が形成された変換部２００を通過した超音波信号の特性を分析する（Ｓ８０７）。すなわち、変換部２００を通過した超音波信号の周波数、振幅、位相、時間遅延、エネルギーなどを分析する。
そして、変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００と分析する試料バイオ分子６００とを結合させた（Ｓ８０９）後、プローブバイオ分子３００と結合していない試料バイオ分子６００を除去する。
【００３５】
そして、バイオ結合後のキャパシタンスの変化または超音波信号の特性変化を測定する（Ｓ８１１）。キャパシタンスの変化を測定する場合、バイオ結合後のキャパシタンスを測定してバイオ結合前のキャパシタンスと比較して変化の有無を判断する。すなわち、バイオ結合後の変換部２００の上部に形成されたプローブバイオ分子３００とバイオ結合する試料バイオ分子６００により変換部２００の質量が増加することで、超音波による変換部２００の振動運動の変化が生じる。この変化によりキャパシタンスが変化したかを判断する。
【００３６】
変換部２００はバイオ結合による質量増加によって振動運動の変化が生じる。これにより、金属板４００と変換部２００との距離が変化することで、キャパシタンスが変わってくるかを判断する。キャパシタンスは両平面板の面積（Ａ）及び２平面板間の媒質の誘電率（ε）に比例し、両平面板間の距離（ｄ）に反比例する。したがって、変換部２００の振動運動の変化により変換部２００と金属板４００との距離が変化することで、キャパシタンスは変わってくる。それで、バイオ結合前後のキャパシタンスの変化を測定することで、バイオ結合の有無を検出することができる。
【００３７】
一方、バイオ結合後の超音波信号の特性を分析する場合、バイオ結合前後の超音波の周波数、振幅、時間遅延、エネルギー、位相などの信号特性の変化を分析してバイオ結合の有無を検出する。バイオ結合後のプローブバイオ分子３００と結合した試料バイオ分子６００の質量による変換部２００の質量増加によって、変換部２００の振動運動の変化により変換部２００を通過した超音波信号の特性は変化する。
【００３８】
超音波により振動運動をする変換部２００は下記の数で表すことができる。
【００３９】
【数１】
2006189447.tif 000003
ここで、ｆは振動運動を表し、ｋは弾性係数、ｍは変換部２００の質量を表す。このとき、弾性係数ｋは変換部２００及びプローブバイオ分子３００の厚さに比例する。
例えば、変換部２００であるシリコンの密度が２．３３[ｇ／cm3]、変換部２００のディメンション（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が１００×１００×１[μｍ]、変換部２００の厚さが１[μｍ]、プローブバイオ分子３００の厚さが５０[ｎｍ]、そして弾性係数（ｋ）が１０[Ｎ／ｍ]である場合、バイオ結合後の弾性係数の変化（Δｋ）は０．５[Ｎ／ｍ]となる。すなわち、バイオ結合前後における変換部２００の振動運動は変化し、振動運動の変化により金属板４００と変換部２００との間のキャパシタンス及び変換部２００を通過した超音波信号の特性は変わってくる。
【００４０】
そして、キャパシタンスの変化または超音波信号の特性変化の検出有無によってバイオ結合の有無を検出する（Ｓ８１３）。すなわち、プローブバイオ分子３００と試料バイオ分子６００とがバイオ結合した後、キャパシタンスが変化したり変換部２００を通過した超音波信号の特性が変化するとバイオ結合が発生したと判断する。
本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、上記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】従来の光学的バイオ結合検出方法を示す図である。
【図１Ｂ】従来の光学的バイオ結合検出方法を示す図である。
【図１Ｃ】従来の光学的バイオ結合検出方法を示す図である。
【図２Ａ】従来の機械的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図２Ｂ】従来の機械的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図２Ｃ】従来の機械的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図３】従来の化学的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図４Ａ】従来の電気的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図４Ｂ】従来の電気的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図４Ｃ】従来の電気的変化を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による超音波を利用したバイオ結合検出装置を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による超音波を利用したバイオ結合検出装置を示す図である。
【図６Ａ】図５Ａによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図６Ｂ】図５Ａによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図６Ｃ】図５Ａによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図７Ａ】図５Ｂによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図７Ｂ】図５Ｂによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図７Ｃ】図５Ｂによる超音波を利用したバイオ結合検出方法を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるバイオ結合検出方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１００    発生部
２００    変換部
３００    プローブバイオ分子
４００    金属板
５００    受信部
６００    試料バイオ分子
【図１Ａ】
2006189447.tif 000004
【図１Ｂ】
2006189447.tif 000005
【図１Ｃ】
2006189447.tif 000006
【図２Ａ】
2006189447.tif 000007
【図２Ｂ】
2006189447.tif 000008
【図２Ｃ】
2006189447.tif 000009
【図３】
2006189447.tif 000010
【図４Ａ】
2006189447.tif 000011
【図４Ｂ】
2006189447.tif 000012
【図４Ｃ】
2006189447.tif 000013
【図５Ａ】
2006189447.tif 000014
【図５Ｂ】
2006189447.tif 000015
【図６Ａ】
2006189447.tif 000016
【図６Ｂ】
2006189447.tif 000017
【図６Ｃ】
2006189447.tif 000018
【図７Ａ】
2006189447.tif 000019
【図７Ｂ】
2006189447.tif 000020
【図７Ｃ】
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【図８】
2006189447.tif 000022